JURNAL INOVTEK POLBENG, VOL. 11, NO. 1, JUNI 2021 ISSN 2088-6225

E-ISSN 2580-2798

61

STUDI EKSPERIMEN ROLL EKSTRIM PADA

CATAMARAN FLOATING CRANE

Baharuddin Ali, Nurcholis, Yuniati, Andik Machfudin

Balai Teknologi Hidrodinamika - BPPT, Surabaya

Jl. Hidrodinamika-BPPT Komplek ITS, Surabaya-Jawa Timur

Email: baharuddin.ali@bppt.go.id.

Abstrak

Kekuatan struktur dan stabilitas catamaran floating crane (wahana angkut anjungan lepas pantai pasca operasi, ALPO) dalam operasinya menjadi

kunci penting dalam menunjang decommissoining anjungan lepas pantai pasca operasi. Penentuan nilai sudut roll pada DNVGL-OS-C102, 2018 amplitudo roll ekstrim didasarkan pada prediksi long term amplitudo roll dengan nilai probabilitas P = 10-8. Pada penelitian ini bertujuan untuk

memprediksi probabilitas kejadian long term diperoleh dari kejadian short term melalui uji model. Pada studi ini disajikan hasil analisa probabilitas

kejadian roll ekstrim dari pengujian seakeeping model catamaran floating crane. Menggunakan distribusi Weibull-tail menunjukkan keseimbangan yang bagus antara akurasi, varian rendah, dan penggunaan data yang efisien. Dengan metode Weibull-tail didapatkan nilai roll ekstrim model ALPO

untuk block maxima+ : 23.07 deg, untuk block maxima- : 20.27 deg pada kondisi gelombang Hs = 6.37 m, Tp = 12.30 sec arah heading 90 deg.

Kata Kunci: ALPO, roll ekstrim, Weibull-tail, katamaran, crane

Abstract

The structural strength and stability of the floating cranecatamaran (post-operation offshore platform transport vehicle, ALPO) in its operation are important keys in supporting post-operation offshore platform decommissioning. Determination of the roll extreme value at DNVGL-OS-C102, 2018

based on the prediction of long term roll amplitude with probability value P = 10-8. Prediction of the probability of long-term occurance is obtained

from short-term occurances which can be obtained through model testing. In this paper, results of the extreme roll exceedance probability analysis from the seakeeping test of the floating cranecatamaran model is investigated. Weibull-tail distribution shows a fine balance between accuracy, low

variance and efficient data usage. With the Weibull-tail method, the extreme roll value ALPO model is obtained, for block maxima +: 23.07 deg, for

block maxima-: 20.27 deg at wave conditions Hs = 6.37 m, Tp = 12.30 sec heading 90 deg

Keywords: ALPO, extreme roll, Weibull-tail, catamaran, crane

1. PENDAHULUAN

Pembuatan desain catamaran floating

crane (wahana angkut anjungan lepas pantai

pasca operasi, ALPO) dilakukan dalam

rangka mendukung kegiatan pembongkaran

anjungan lepas pantai yang memasuki masa

pasca operasi. Anjungan lepas pantai yang

sudah tidak beroperasi dan tidak

dipergunakan diharuskan untuk diambil atau

ditenggelamkan seperti yang tercantum dalam

UNCLOS tahun 1982, dan Undang-Undang

Nomor 17/2008 tentang Pelayaran dan

Permen ESDM no 1 tahun 2011.

Kekuatan desain struktur dan stabilitas

ALPO dalam operasinya menjadi kunci

penting dalam menunjang decommissoining

anjungan lepas pantai pasca operasi.

Penentuan nilai sudut roll seperti ketentuan

class DNVGL tentang Structural Design of

Offshore Ship-Shaped Units dimana

amplitudo roll maksimum didasarkan pada

prediksi long term amplitudo roll dengan nilai

probabilitas P = 10-8 [1]. Prediksi long term

ini bisa didapatkan antara lain dengan

pengujian model. Analisa time history dari

pengujian model dengan gelombang ireguler

ini dapat digunakan dalam memprediksi

probabilitas kejadian dalam kondisi ekstrim

JURNAL INOVTEK POLBENG, VOL. 11, NO. 1, JUNI 2021 ISSN 2088-6225

E-ISSN 2580-2798

62

[6]. Long-term prediction roll amplitude

didapatkan dengan probabilitas kejadian

(exceedance probability) gerak roll dalam

short-term pada gelombang ireguler [4].

Kondisi ekstrim yang dipersyaratkan

dalam aturan class menjadikan gerakkan

bangunan apung non-linier karena sifat

stokastik alamiah gelombang [5]. Hal ini

menjadikan penentuan probabilitas kejadian

untuk long term prediction dari data distribusi

kejadian short term prediction lebih sulit.

Beberapa studi tentang perbandingan

pemakaian berbagai jenis distribusi

probabilitas dalam memprediksi beban

ekstrim bangunan apung akibat gelombang

[7;11;12]. Pada penentuan lambung timbul

kapal, probabilitas kejadian dapat diprediksi

dengan distribusi Rayleigh maupun Weibull

[3].

Pada tulisan ini disajikan hasil kajian

tentang probabilitas kejadian ekstrim roll hasil

pengujian model floating crane tipe

catamaran ALPO menggunakan model

probability density functions dari Weibull 2-

parameter, Rayleigh dan Weibull-tail dengan

variasi sea state dan arah gelombang terhadap

model. Pengujian model yang bersifat short

term dalam ukuran 3 jam dalam standar

pengambilan data riil kapal, maka

memprediksi probabilitas dalam kurun long

term dibutuhkan suatu pendekatan yang

akurat berdasar data short term yang ada.

2. METODE

Analisa data gerak roll berupa time series

yang diperoleh dari pengujian model, nilai

respon gerak dalam signal ireguler diambil

nilai block maxima seperti didefinisikan

pada contoh Gambar 1. Nilai block maxima x

digunakan dalam menyusun probabilitas

kejadian dalam suatu fungsi distribusi

kumulatif.

Gambar 1. Block maxima peaks gerak roll dari time

series

Persamaan cumulative distribution function

(cdf) Weibull dengan 2- parameter seperti

berikut :

𝑃(𝑋 ≤ 𝑥) = 1 − 𝑒−(

𝑥

𝑎)𝑏

(1)

Untuk mendapatkan nilai 2- parameter a dan

b dari persamaan (1) maka dapat dilakukan

dengan langkah berikut :

1 − 𝑃(𝑋 ≤ 𝑥) = 𝑒−(

𝑥

𝑎)𝑏

(2)

𝑙𝑛 (1

1−𝑃(𝑋≤𝑥)) = (

𝑥

𝑎)𝑏 (3)

𝑙𝑛 [𝑙𝑛 (1

1−𝑃(𝑋≤𝑥))] = −𝑏 𝑙𝑛 𝑎 + 𝑏 𝑙𝑛 𝑥 (4)

persamaan (4) dapat digambarkan sebagai

persamaan linier Y = pX + q maka dengan

regresi linier akan didapatkan nilai parameter

a dan b dimana ekspresi 𝑌 =

𝑙𝑛 [𝑙𝑛 (1

1−𝑃(𝑋≤𝑥))], 𝑝 = 𝑏, 𝑞 = −𝑏 𝑙𝑛 𝑎, 𝑋 =

𝑙𝑛 𝑥

Distribusi Rayleigh merupakan bentuk lain

dari distribusi Weibull dimana nilai parameter

a = 2 dan b = 2 dengan adalah standar

deviasi data dari time series, maka dituliskan

sebagai berikut :

𝑃(𝑋 ≤ 𝑥) = 1 − 𝑒−(

𝑥2

2𝜎2) (5)

Bentuk distribusi Weibull-tail hampir

sama dengan Weibull 2-parameter yang

menggunakan semua nilai block maxima

namun dengan lebih menekankan fitting pada

bagian tail dari distribusi probabilitasnya.

Pada metode ini 2-parameter didapatkan dari

rata-rata Weibull 2-parameter untuk

0 20 40 60 80 100-5

-2.5

0

2.5

5

t (sec)

(de

g)

JURNAL INOVTEK POLBENG, VOL. 11, NO. 1, JUNI 2021 ISSN 2088-6225

E-ISSN 2580-2798

63

cumulative distribution function pada data

block maxima dengan percentile sejumlah N,

misal 65%, 70%, ... 95%. Maka nilai-nilai

parameter a dan b didapatkan dari rata-rata

masing-masing data percentile [8].

𝑎 =1

𝑁∑ 𝑎𝑖𝑁𝑖 (6)

𝑏 =1

𝑁∑ 𝑏𝑖𝑁𝑖 (7)

Pengujian gerak kapal (seakeeping)

dilakukan pada model ALPO dengan skala

1:36. Ukuran utama kapal disajikan pada

Tabel 1. Kegiatan pengujian dilakukan di

fasilitas kolam uji maneuvering ocean basin

(MOB) yang berada di Balai Teknologi

Hidrodinamika – BPPT, Surabaya. Model

ALPO yang sedang dilakukan pengujian di

kolam uji seperti terlihat pada Gambar 2.

Perekaman data gerak model kapal

dilakukan dengan menggunakan sistem

wireless optical tracking. Sensor target yang

terpasang pada model akan dideteksi oleh

peralatan motion tracking yang direkam

dalam bentuk data ke dalam sistim akuisisi

data. Pengaturan model di kolam saat uji

seakeeping dilakukan dengan menambat

model pada empat titik sistem tambat yang

masing-masing titik dilengkapi dengan sistem

pegas yang diatur sedemikian rupa sehingga

sesuai dengan kekakuan sistim tambat kapal

saat beroperasi. Tabel 1. Ukuran utama

Simbol Dimensi

Unit

Lpp (m) 111.00.00

B (m) 108.00.00

D (m) 14.40

T (m) 4.70

8646

VCG (m) 15.41

LCG dari AP (m) 50.94

Gambar 2. Model ALPO di kolam uji

Pengujian seakeeping dilakukan pada

kondisi gelombang ireguler, tinggi gelombang

siknifikan Hs = 2.50 m dengan peak period

Tp = 8.50 sec kondisi ini setara dengan sea-

state 4, dan Hs = 6.37 m dengan peak period

Tp = 12.30 sec. kondisi ini setara dengan sea-

state 7, dengan tipe spektrum Pierson-

Moskowitz, arah gelombang terhadap model

(heading) 90 deg (beam seas), 135 deg (bow

quartering seas) dan 180 deg (head seas).

3. HASIL DAN PEMBAHASAN

Hasil analisa data time series dalam

penampilan distribusi grafik probabilitas

kejadian (exceedance probability) hasil

pengukuran block maxima roll lambang

ditampilkan dalam arah positif dan negatif

dimana menunjukkan arah gerakkan roll ke

kanan dan kiri yang dibandingkan dengan

permodelan distribusi Weibull digambarkan

dengan garis , untuk Rayleigh

digambarkan dengan dan Weibull-tail

digambarkan dengan .

Pengaruh gelombang yang lebih rendah

memunculkan respon gerak roll yang lebih

rendah (lihat Gambar 3~5), kecenderungan

arah gerak roll yang simetris kiri-kanan dan

terdistribusi normal nampak mendekati

distribusi Rayleigh. Untuk proses linear

narrow-band, distribusi Rayleigh adalah

pendekatan yang baik untuk estimasi statistik

short term. Namun, distribusi Rayleigh

kurang memadai untuk representasi proses

non linier untuk kondisi long term (lihat

Gambar 6~8) dimana kondisi gelombang

JURNAL INOVTEK POLBENG, VOL. 11, NO. 1, JUNI 2021 ISSN 2088-6225

E-ISSN 2580-2798

64

tinggi mengakibatkan gerak roll yang non

linier dan tidak simetris.

Penggunaan distribusi Weibull yang

menggunakan seluruh nilai block maxima dari

suatu time series terlihat kurang akurat (lihat

Gambar 3~8). Banyaknya data yang masuk

mungkin tidak relevan untuk menggambarkan

suatu kejadian ekstrim. Sehingga dengan

menggunakan Weibull untuk semua nilai

block maxima, berisiko tidak mendapatkan

nilai yang bagus untuk bagian ekor (tail) dari

distribusi block maxima, dimana pada posisi

Gambar 3. Probabilitas kejadian pada heading = 90

deg

Hs = 2.50 m, Tp = 8.50 sec

Gambar 4. Probabilitas kejadian pada heading = 135

deg

Hs = 2.50 m, Tp = 8.50 sec

Gambar 5. Probabilitas kejadian pada heading = 180

deg

Hs = 2.50 m, Tp = 8.50 sec

tail ini memiliki pengaruh terbesar pada

distribusi ekstrim.

Dalam kaitan memprediksi probabilitas

kondisi ekstrim distribusi Weibull-tail dapat

memperbaiki pendekatan yang digunakan.

Pada simulasi ini digunakan percentile data

95%, 96%, 97% dan 98%. Pada kondisi

gelombang ekstrim dan berbagai arah heading

kapal terhadap gelombang Weibull-tail

tampaknya memiliki keseimbangan yang

bagus antara akurasi, varian rendah, dan

penggunaan data yang efisien (lihat Gambar

3~8).

Dari hasil analisa probabilitas kejadian

diketahui distribusi Weibull-tail memberikan

hasil yang baik. Dari analisa data didapatkan

nilai parameter untuk Weibull-tail untuk

masing-masing kondisi sebagaimana disajikan

pada Tabel 2.

Dari hasil pengujian model catamaran

floating crane ALPO, gerak roll ekstrim

terjadi pada gelombang Hs = 6.37 m, Tp =

12.30 sec dengan arah heading gelombang

dari samping kapal 90 deg (lihat Gambar 6).

Untuk memprediksi nilai roll ekstrim x seperti

pada persamaan (1) dengan nilai probabilitas

dengan nilai probabilitas P = 10-8 dapat

dihitung dengan pendekatan distribusi

Weibull-tail menggunakan dengan nilai-nilai

parameter pada Tabel 2. Sehingga didapatkan

nilai roll ekstrim untuk maxima+ : 23.07 deg,

untuk maxima- : 20.27 deg.

Gambar 6. Probabilitas kejadian pada heading = 90

deg

Hs = 6.37 m, Tp = 12.30 sec

-12 -9 -6 -3 0 3 6 9 1210

-5

10-4

10-3

10-2

10-1

100

= Measured

Exce

ed

an

ce

pro

ba

bility

[ deg ]

= Weibull

= Rayleigh

= Weibull-tail

-3 -2.25 -1.5 -0.75 0 0.75 1.5 2.25 310

-5

10-4

10-3

10-2

10-1

100

= Measured

Exce

ed

an

ce

pro

ba

bility

[ deg ]

= Weibull

= Rayleigh

= Weibull-tail

-0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.810

-5

10-4

10-3

10-2

10-1

100

= Measured

Exce

ed

an

ce

pro

ba

bility

[ deg ]

= Weibull

= Rayleigh

= Weibull-tail

-20 -15 -10 -5 0 5 10 15 2010

-5

10-4

10-3

10-2

10-1

100

= Measured

Exce

ed

an

ce

pro

ba

bility

[ deg ]

= Weibull

= Rayleigh

= Weibull-tail

JURNAL INOVTEK POLBENG, VOL. 11, NO. 1, JUNI 2021 ISSN 2088-6225

E-ISSN 2580-2798

65

Gambar 7. Probabilitas kejadian pada heading = 135

deg

Hs = 6.37 m, Tp = 12.30 sec

Gambar 8. Probabilitas kejadian pada heading = 180

deg

Hs = 6.37 m, Tp = 12.30 sec

Tabel 2. Parameter Weibull-tail

Hs Tp Heading a b

(m) (sec) (deg) max+ max- max+ max-

02.50 08.50

90 36.182 37.104 22.147 21.843

135 6,11319

4444

5,25069

4444 21.258 18.277

180 1,422916667 1,38125 2.201 21.088

06.37 12.30

90 66.370 60.093 23.387 23.960

135 22.586 18.724 21.043 19.185

180 2,64722

2222

2,56111

1111 17.921 16.897

4. KESIMPULAN

Serangkaian pengujian seakeeping pada

model catamaran floating crane ALPO dalam

short term telah dilakukan dalam rangka

memprediksi roll ekstrim yang terjadi pada

kondisi long term. Metode distribusi

probabilitas Weibull dengan semua nilai

block maxima, Rayleigh dan Weibull-tail

dtelah digunakan dalam analisa roll ekstrim.

Hasil analisis ini menunjukkan bahwa metode

analisis distribusi probabilitas dengan hasil

yang metode tersebut hasilkan harus

digunakan dengan hati-hati dan dipahami

sesuai kebutuhan lapangan.

Prediksi probabilitas pada kondisi

ekstrim menggunkaan metode Weibull-tail

dapat memperbaiki pendekatan yang

digunakan. Pada kondisi gelombang ekstrim

dan berbagai arah heading model kapal

terhadap gelombang Weibull-tail terlihat

memiliki akurasi yang bagus. Nilai roll

ekstrim dengan metode ini didapatakn nilai

roll ekstrim untuk block maxima+ : 23.07

deg, untuk block maxima- : 20.27 deg pada

kondisi Hs = 6.37 m, Tp = 12.30 sec heading

90 deg.

UCAPAN TERIMAKASIH

Kami ucapkan terimakasih kepada rekan-

rekan Balai Teknologi Hidrodinamika –

BPPT Surabaya dalam kontribusi pelaksanaan

kegiatan DIPA Maritim 2021. Terimakasih

kepada Direktorat PTRIM dalam mendukung

desain Wahana Angkut ALPO.

DAFTAR PUSTAKA

[1] DNVGL-OS-C102 (2018) Structural Design

of Offshore Ship-Shaped Units.

[2] Hollis, D. and T. Rosen. 2010 United Nations

Convention on Law of the Sea (UNCLOS),

1982. The Encyclopedia of Earth, 22.

[3] Kapsenberg, G.K and de Kat, J.O. (2000).

Effect of Freeboard and Bow height on Green

Water Loads for a General Purpose Cargo

Ship, Proceeding Osaka Colloqium on

Seakeeping Performance of Ship, Osaka,

Japan.

[4] Katayama, T., Kankaku, M., Maki, A.,

Sugimoto, K., and Fukumoto, Y. (2019),

Study on Short-Term Prediction of Roll in

Beam Seas, Proceedings of the 17th

International Ship Stability Workshop,

Helsinki, Finland.

[5] Lin, W. M., Bergquist, J. R., Collette, M. D.,

Liut, D., Treakle, T. W., Weems, K. M.,

Weems, M. H., and Zhang, S. (2008). Large

-8 -6 -4 -2 0 2 4 6 810

-5

10-4

10-3

10-2

10-1

100

= Measured

Exce

ed

an

ce

pro

ba

bility

[ deg ]

= Weibull

= Rayleigh

= Weibull-tail

-1.6 -1.2 -0.8 -0.4 0 0.4 0.8 1.2 1.610

-5

10-4

10-3

10-2

10-1

100

= Measured

Exce

ed

an

ce

pro

ba

bility

[ deg ]

= Weibull

= Rayleigh

= Weibull-tail

JURNAL INOVTEK POLBENG, VOL. 11, NO. 1, JUNI 2021 ISSN 2088-6225

E-ISSN 2580-2798

66

Amplitude Motion Program (LAMP) for

Ship Motions and Wave Loads Predictions

Version 3.2.1, Science Applications

International Corporation, McLean, VA,

Technical Report.

[6] Mauro, F., Nabergoj, R. (2016), Extreme

Values Calculation of Multi-Modal Peak

Distributions, Proceedings of 22nd

International Conference of Engineering

Mechanics, Svratka, Czech Republic.

[7] Mauro, F. and Nabergoj, R. (2017), An

Enhanced Model for Extreme Load Analysis,

Journal Teorija i Praksa Brodogradnje i

Promorske Tehnike, Vol. 68 No. 2, pp 79 -

92.

[8] Michelen, C. and Coe R. (2015), Comparison

of Methods for Estimating Short-Term

Extreme Response of Wave Energy

Converters, Proceeding of OCEANS

Conference, Washington DC, USA.

[9] Peraturan Menteri Energi dan Sumber Daya

Mineral No 1 tahun 2011 tentang Tentang

Pedoman Teknis Pembongkaran Instalasi

Lepas pantai Minyak Dan Gas Bumi.

[10] Rajendran, S., Fonseca, N., and Soares,

C.G. (2018) Estimation of Short-and Long-

Term Probability Distributions of Wave-

Induced Loads Acting on a Cruise Vessel in

Extreme Seas, Journal of Offshore

Mechanics and Arctic Engineering, April-

2018, Vol. 140.

[11] Simao, M.L., Fideiro, P., Sagrilo, L., and

Naes, A. (2020). Comparative Study of

Extreme Value Estimation Approaches for

Mooring Lines Top Tension Responses,

Journal of Offshore Mechanics and Arctic

Engineering, July-2020.

[12] Soares, C.G. and Pascoal R. (2002).

Experimental Study of Probability

Distributions of Green Water on the Bow of

Floating Production Platforms, Proceeding of

21st International Conference on Offshore

Mechanics and Arctic Engineering, Oslo,

Norway.

[13] Undang-Undang Nomor 17 tahun 2008

tentang Pelayaran.